微纤化纤维素增强高密度聚乙烯的制备及性能研究

摘 要：在严峻的资源、能源与环境危机的挑战下,人们将目光更多地投向了环境友好的材料。微纤化纤维素（Microfibrillated cellulose,MFC)以其良好的机械性能、生物可降解性及生物相容性,引起大家的广泛兴趣，特别是其生物可降解性、高长径比以及优良的力学性能和阻隔性能等特点,在造纸、气凝胶、复合材料以及医药等诸多领域具有广阔的应用前景。MFC与其它材料进行复合,可赋予材料更优异的性能,拓展材料的应用范围。本文介绍了MFC的基本特性,综述了MFC与高密度聚乙烯所形成的复合材料的研究进展,重点综述了MFC与高密度聚乙烯制备的新型复合材料的结构与性能。纤维素是地球上最丰富的一种天然高分子材料,具有高的强度和模量、无毒、可再生和可生物降解等优良特性,它也是一种良好的增强体。但由于纤维素表面存在大量极性羟基,在干燥过程中易形成氢键作用,使纤维素发生团聚,且与非极性的聚烯烃基质相容性较差,这些都影响纤维素的增强效果。因此,减少纤维素的团聚现象,将其均匀地分散到聚烯烃基质中,并在两者之间形成良好的界面结合是提高纤维素增强效果的关键。

关键词：微纤化纤维素；高密度聚乙烯；复合材料；塑料

1 前言

本文介绍了一种新型的纳米级纤维素——微纤化纤维素(MFC),同时对它与高密度聚乙烯复合进而获得一种增强型复合材料的制备及性能进行了一系列的研究。微纤维化纤维素(MFC)是在保留天然纤维素原有聚合度的基础上,对纸浆纤维反复进行高强度的均质化处理后所得到的具有纳米尺度的纤维素产品,是一种新型的高度润胀的胶体状纤维素产品^【4】。作为一种新型纳米材料,MFC具有十分诱人的商业前景和潜在的应用价值,它可作为涂布剂、稳定剂、胶黏剂、增稠剂、施胶剂、药物赋型剂等,因此在食品、药剂、涂料、化妆品、电子产品等领域都拥有相当广阔的应用潜力。

2 正文

纤维素是地球上含量最高的可生物降解的高分子材料，它不仅来源丰富，而且无毒可再生。从麦秸、棉花、甘蔗和杨木等植物中都可提取纤维素，此外，一些细菌、藻类和真菌中也含有纤维素。天然纤维素的年产量可达1.5times;10¹²吨，可以满足环境友好和生物相容性产品日益增长的需求。随着纳米科学的发展，纤维素资源被进一步利用在纳米精细化工、纳米纤维素医药、纳米纤维素食品、纳米纤维素复合材料和新能源等领域。

纳米纤维素的横截面尺寸为5times;20nm，长度为10nm-1micro;m，长径比为1-100。其弹性模量为150Gpa左右，张力为10Gpa左右。纳米纤维素纤维如果分散到聚合物中可以充分发挥其模量大、强度高、可生物降解、可再生、生物相容相好等一系列优点。既可以显著改善聚合物的综合性能，也可以为高效利用生物质资源开辟新的思路和途径^【1】。

微纤化纤维素是天然植物纤维经高强度机械处理制备的，具有高的长径比（长为10-50micro;m左右，直径为100nm左右）。处理过程中没有经过酸的处理，因此MFC保留了结晶区和非结晶区。由于保留了纤维素中的非结晶区，所得到的MFC实际上并不是以单根丝状结构的形式呈现的，而是由微纤化纤丝缠绕、交织或连接而成的网状结构。